Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị truyền nhiệt, dưới dạng nhiệt, từ chất lỏng này sang chất lỏng khác, hay từ dạng khí truyền nhiệt qua dạng lỏng , có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau, trong đó bộ trao đổi nhiệt ống chùm vừa có thể thu nhiệt hoặc giải nhiệt cho các loại dung môi.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có khoảng áp dụng rất rộng, trong mọi điều kiện hoạt động từ chân không đến siêu cao áp, từ nhiệt độ rất thấp đến nhiệt độ rất cao và cho tất cả các dạng lưu thể ở nhiệt độ, áp suất khác nhau ở phía trong và ngoài ống. Bài viết dưới đây chia sẻ thông tin thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là gì ?  Cách chúng hoạt động và được sử dụng trong công nghiệp như thế nào ? 

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm 

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là gì ? 

- Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là một trong những dạng thiết bị trao đổi nhiệt, khác biệt nằm ở chất tản nhiệt được ngăn cách qua biên dạng ống.Đặc biệt thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành nhiệt điện, lọc hóa dầu khí, điều hóa không khí, hóa chất, công nghiệp đóng tàu.. So với trao đổi nhiệt dạng tấm thì dạng ống được sử dụng nhiều hơn theo tỷ lệ 40%-60%.

- Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có thể được chế tạo từ vật liệu là các loại kim loại, hợp kim cho tới các vật liệu phi kim tùy từng ứng dụng của nó với bề mặt truyền nhiệt từ 0,1m2 đến 100.000m2. So với các loại thiết bị trao đổi nhiệt khác, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có khó khăn là bề mặt trao đổi nhiệt tính trên một đơn vị thể tích của thiết bị thấp. Vì vậy, cùng một bề mặt trao đổi nhiệt như nhau, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm thường có kích thường lớn hơn nhiều so với loại khác.

Cấu tạo chung của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm 

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm được chia thành nhiều dạng khác nhau nhưng cơ bản cấu tạo đều tương đồng nhau. Có 2 yếu tố để phân loại là: Đặc điểm của phần vỏ ngoài (Shell), và kiểu dòng chảy (Tube Side Channel)

• Ống trao đổi nhiệt (pipe exchange)

Đây là trái tim của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, bề mặt của ống trao đổi nhiệt chính là bề mặt truyền nhiệt giữa lưu thể chảy bên trong ống và bên ngoài ống. Các ống trao đổi nhiệt này được gắn vào mặt sàng ống bằng cách sử dụng phương pháp hàn hoặc phương pháp nong (Với một số ứng dụng có thể sử dụng đồng thời cả hai phương pháp nong ống và hàn ống).

Xem thêm sản phẩm : Thiết bị trao đổi nhiệt 

Vật liệu cấu tạo ống trao đổi nhiệt đa phần là thép hợp kim và đồng, tuy nhiên trong một số trường hợp bộ trao đổi nhiệt yêu cầu cao cấp (ngành hàng không vũ trụ) cần sử dụng vật liệu từ hợp kim nhôm, Niken, Titanium.

Có hai loại dạng ống trao đổi nhiệt được sử dụng: Ống trơn hoặc sử dụng ống có cánh khi một lưu chất có hệ số truyền nhiệt thấp hơn rất nhiều so với lưu chất kia.

• Mặt sàng ống (tube sheet)

Mặt sàng ống có hình dạng tròn, thường là một tấm kim loại (thép đen, thép hợp kim, inox, titan..) được khoét tạo lỗ và tạo rãnh để có định ống. Các ống được gắn vào các lỗ mặt sàng bằng phương pháp hàn (hàn thủ công hoặc hàn tự động) hay phương pháp nong ống làm biến dạng đường kính ống trao đổi nhiệt tùy thuộc vào vật liệu ống hoặc mục đích sử dụng của thiết bị trao đổi nhiệt. Với một số bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm đặc biệt cần chịu áp lực lớn thì 2 phương pháp này cùng được sử dụng trong 1 lần thao tác.

Đặc biệt ngoài kết cấu cơ khí như trên, mặt sàng ống cần đáp ứng yêu cầu chống ăn mòn trong quá trình sử dụng. Vật liệu cấu tạo cần có tính chất điện hóa tương đồng cới vật liệu chế tạo ống vào khoang chứa.

Cấu tạo của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

• Vỏ và cửa lưu chất vào/ra (Shell and Shell-Side Nozzles)

Vỏ thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm (Shell) là một bộ phận chứa lưu chất phía ngoài ống trao đổi nhiệt. Cửa lưu chất là bộ phận để đưa lưu chất trao đổi nhiệt phía ngoài ống vào và ra khỏi thiết bị. Vỏ thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm thường có tiết diện hình tròn được chế tạo từ thép tấm.

• Khoang đầu và đầu đưa chất lỏng vào/ra phía trong ống (Tube-Side Channel and Nozzles)

Khoang đầu và các đầu dẫn lưu chất phía trong ống vào/ra đơn giản là để kiểm soát dòng lưu chất chảy phía trong lòng ống của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, vật liệu chế tạo được làm bằng hợp kim.

• Nắp đậy (Cover)

Nắp đậy của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm là tấm hình tròn (có thể là một chỏm cầu) được lắp với mặt bích của khoang đầu bằng các bulong.

• Tấm chia khoang (Pass Divider)

Với một số thiết bị trao đổi nhiệt dạng dạng ống chùm, tấm chia khoang được sử dụng khi thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thiết kế với số khoang ống từ 2 trở lên.

• Vách ngăn (Baffles)

Vách ngăn có dạng viên phân đơn có chức năng là tạo thành cơ cấu để định vị ống trao đổi nhiệt ở vị trí thích hợp khi lắp đặt cũng như khi vận hành và giữ cho bó ống không bị rung do sự chuyển động xoáy của lưu chất.

Ứng dụng của một số dạng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Như nói ở trên, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp vừa và nặng: Lọc hóa dầu, nhiệt điện, thủy điện, đóng tàu, hàng không, ngành công nghiệp thực phẩm, năng lượng…

- Sử dụng cho trường hợp nhiệt độ giữa hai lưu thể chênh lệch lớn: Dùng loại có hai khoang cho dòng chảy trong ống với một đầu ống di chuyển tự do (floating head).

- Sử dụng cho trường hợp nhiệt độ giữa hai lưu thể chênh lệch không lớn, tốc độ lưu thể phía ngoài ống cần được kiểm soát ở mức thấp: Dùng loại có chùm ống cố định với hai dòng chảy (cho lưu thể ngoài ống).

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm 

- Sử dụng cho trường hợp hai lưu thể có nhiệt độ chênh lệch lớn, thường dùng cho quá trình ngưng tụ: Dùng loại có chùm ống cố định với vành bù giãn nở nhiệt.

- Sử dụng cho trường hợp nhiệt độ giữa hai lưu thể chênh lệch lớn: Dùng loại có hai khoang cho dòng chảy trong ống với một đầu ống di chuyển tự do.

- Sử dụng cho trường hợp nhiệt độ giữa hai lưu thể chênh lệch lớn, tốc độ lưu thể chảy ngoài ống cần được tăng tốc độ: Dùng loại có ống trao đổi nhiệt hình chữ U với hai khoang lưu thể chảy ngoài ống.

- Sử dụng để gia nhiệt hoặc trao đổi nhiệt có quá trình ngưng tụ: Dùng kiểu “ ấm đun” (Kettle)

Bài viết này chia sẻ thông tin về thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm , để người đọc có thể tìm hiểu chi tiết hơn cũng như cần tư vấn thêm về các sản phẩm thiết bị trao đổi nhiệt vui lòng liên hệ qua hotline 0903 880 938 - 0903 992 945 - 0903 962 945 để được hỗ trợ kịp thời